一种矿用正反转钻杆及防反转钻杆脱卸方法

1.本发明涉及一种矿用正反转钻杆及防反转钻杆脱卸方法，属于矿山机械技术领域。


背景技术：

2.目前，煤矿井下用于卸压的防冲钻孔机器人所使用的钻杆普遍为单向螺纹连接，不能实现反转。在钻孔机器人进行卸压过程中，一般要进行30米深度以上钻孔，随钻进深度的增加，需不断连接1米长钻杆。但由于深井煤矿环境的复杂性和不确定性，钻孔施工过程中会遇到塌孔、抱钻、卡钻等恶劣现象，为保证安全施工，需要频繁的正反转进行缓冲松动解抱解卡等，甚至需要在钻进过程中进行退杆或换杆，而目前螺纹连接的钻杆反转或出现钻杆脱扣，发生掉钻事故，而直接生拉钻杆效率低下，安全风险大。
3.为解决钻杆反转问题，先后出现了插接式和花键套联接式等两大类结构形式。但其存在部分缺陷如：(1)插接式连接间隙大，传递扭矩小；(2)花键套钻杆中，螺纹旋接后，相邻钻杆的花键相位精度控制困难，螺纹加工误差以及磨损都会严重影响钻杆的连接；且其装卸过程繁琐，结构复杂，钻杆对接时，需要人工安装或拆卸销钉，难以用自动化方式实现装卸，严重降低了钻机的自动化施工效率。
4.鉴于上述技术问题，亟需设计一种可以自动自锁和解卡的正反转钻杆，以解决上述难题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种矿用正反转钻杆及防反转钻杆脱卸方法，可以实现自动自锁和解卡，提高了钻机的自动化施工效率。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿用正反转钻杆，包括螺旋钻杆，在螺旋钻杆的一端设置公接头，其另一端设置母接头，防反转装置穿设螺栓钻杆，且防反转装置的一端靠近公接头，在防反转装置靠近另一端的位置设置旋转驱动部分；旋转驱动部分驱动防反转装置向公接头方向轴向移动，防反转装置的一端抵住公接头，将公接头旋入相邻螺旋钻杆的母接头内，同时防反转装置在螺旋钻杆内部进行双重锁紧，螺旋钻杆完成连接操作；旋转驱动部分反向驱动防反转装置，防反转装置沿着轴向方向远离公接头，将公接头旋出相邻螺旋钻杆的母接头，同时防反转装置在螺旋钻杆内解除锁紧，螺旋钻杆完成卸杆操作；作为本发明的进一步优选，所述防反转装置包括第一杆和第二杆，第一杆套设在第二杆外部，即第二杆相对第一杆能够发生相对滑移，定义第一杆的一端为顶端，则另一端为底端，在第一杆的顶端安装伸缩头，第一杆靠近顶端的位置套设复位弹簧；在第一杆的顶端，沿着径向方向均匀安装多个防反转销，防反转销相对第一杆可
转动；在复位弹簧与第一杆底端之间的第二杆上沿着径向方向均匀安装多个限位销，限位销相对第二杆可转动；在螺旋钻杆靠近公接头的杆壁上沿着径向方向均匀开设多个防反转销孔，防反转销孔的个数与防反转销个数匹配；在第一杆的杆壁上沿着径向方向均匀开设多个限位销槽，限位销槽的个数与限位销个数匹配，且设定限位销槽与防反转销孔在轴向方向的距离为，防反转销与限位销在轴向方向的距离为，则；作为本发明的进一步优选，在防反转销与第一杆之间安装旋转杆件，所述旋转杆件呈工字型结构，且其中一个横向部分长度小于另一个横向部分长度；较长的横向部分嵌入第一杆内，且相对第一杆可旋转，较短的横向部分嵌入防反转销内，且相对防反转销可旋转；作为本发明的进一步优选，在限位销与第一杆之间同样安装旋转杆件，所述旋转杆件呈工字型结构，且其中一个横向部分长度小于另一个横向部分长度；较长的横向部分嵌入第二杆内，且相对第二杆可旋转，较短的横向部分嵌入限位销内，且相对限位销可旋转；作为本发明的进一步优选，所述旋转驱动部分包括解卡轮，所述第二杆杆壁为螺纹状结构，第二杆的顶端与第一杆的底端固定，第二杆靠近底端的位置套设解卡轮，解卡轮与第二杆的螺纹状结构匹配连接；在螺旋钻杆设置母接头的一端套设防反转销槽；作为本发明的进一步优选，前述的防反转销设置四个，沿着第一杆圆周均匀分布；前述的限位销设置四个，沿着第二杆圆周均匀分布；作为本发明的进一步优选，在复位弹簧两端的第一杆上分别设置固定片和第一限位片，其中第一限位片靠近限位销；第一限位片与限位销之间还设置第二限位片；一种矿用正反转钻杆的防反转钻杆脱卸方法，当螺旋钻杆在连接过程中时，螺旋钻杆的公接头旋入相邻螺旋钻杆的母接头内，旋转驱动部分驱动防反转装置的伸缩头向公接头方向轴向移动，防反转销的旋转杆件旋转，防反转销通过旋转杆件相对第一杆发生角度变化，即在轴向移动方向，旋转杆件的垂直部分与第一杆之间的角度由锐角变为直角，从防反转销孔中伸出，将防反转装置与螺旋钻杆锁紧；此时，限位销的旋转杆件同时旋转，限位销通过旋转杆件相对第二杆发生角度变化，即在轴向移动方向，旋转杆件的垂直部分与第二杆之间的角度由钝角变为直角，从限位销槽内伸出，将防反转装置与螺旋钻杆进行二次锁紧；作为本发明的进一步优选，当螺旋钻杆进行卸杆操作时，转动解卡轮，带动防反转装置沿着轴向方向远离公接头，将公接头旋出相邻螺旋钻杆的母接头，防反转销的旋转杆件旋转，防反转销通过旋转杆件相对第一杆发生角度变化，即在轴向移动方向，旋转杆件的垂直部分与第一杆之间的角度由直角变为钝角，从防反转销孔中收缩；此时，限位销的旋转杆件同时旋转，限位销通过旋转杆件相对第二杆发生角度变化，即在轴向移动方向，旋转杆件的垂直部分与第二杆之间的角度由直角变为钝角，完成卸
杆操作；作为本发明的进一步优选，螺旋钻杆复位时，反向转动解卡轮，在复位弹簧的力作用下，限位销保持在卸杆后的钝角位置通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提供的矿用正反转钻杆，在螺旋钻杆内设置防反转装置，当出现卡钻、抱钻等情况时，能够进行正反转交替操作缓解前述情况，从而避免钻杆在反转时出现松脱导致丢钻现象。
附图说明
7.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
8.图1是本发明提供的螺旋钻杆整体结构示意图；图2是本发明提供的螺旋钻杆侧视图；图3是本发明提供的螺旋钻杆轴测图；图4是本发明提供的防反转装置正视图；图5是本发明提供的防反转装置侧视图；图6是本发明提供的防反转装置轴测图；图7是本发明提供的防反转装置安装在螺旋钻杆内的总装截面图；图8是本发明提供的旋转杆件结构示意图；图9是本发明提供的防反转销运行过程示意图；图10是本发明提供的限位销运行过程示意图。
9.图中：1为伸缩头，2为防反转销，3为复位弹簧，4为固定片，5为第一限位片，6为限位销，7为第一杆，8为第二杆，9为解卡轮，10为母接头，11为公接头，12为第二限位片，13为限位销槽，14为防反转销槽。
具体实施方式
10.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
11.如背景技术阐述的，现有技术中关于解决钻杆反转的问题，通常是采用插接式和花键套联接式，两种方式存在的缺陷在背景技术中也有做了较为详细的阐述，因此本技术旨在提供一种矿用正反转钻杆，可以解决反转或者钻杆脱扣问题。
12.本技术提供的矿用正反转钻杆结构，基于的原理是设置了防反转装置，其首先可以通过正反转交替操作来解决卡钻和抱钻的情况，同时在进行正反转操作时，钻杆不会出现松脱，导致丢钻。图1、图3所示，是螺旋钻杆的全方位视角示意图，在螺旋钻杆的一端设置公接头11，其另一端设置母接头10，防反转装置穿设螺栓钻杆，且防反转装置的一端靠近公接头，在防反转装置靠近另一端的位置设置旋转驱动部分；旋转驱动部分驱动防反转装置
向公接头方向轴向移动，防反转装置的一端抵住公接头，将公接头旋入相邻螺旋钻杆的母接头内，同时防反转装置在螺旋钻杆内部进行双重锁紧，螺旋钻杆完成连接操作；旋转驱动部分反向驱动防反转装置，防反转装置沿着轴向方向远离公接头，将公接头旋出相邻螺旋钻杆的母接头，同时防反转装置在螺旋钻杆内解除锁紧，螺旋钻杆完成卸杆操作。
13.接下来对本技术提供的结构部分进行详细的阐述，首先是如图4和图6所示的防反转装置，这是本技术的核心点，包括第一杆7和第二杆8，第一杆套设在第二杆外部，即第二杆相对第一杆能够发生相对滑移，定义第一杆的一端为顶端，则另一端为底端，在第一杆的顶端安装伸缩头1，第一杆靠近顶端的位置套设复位弹簧3；在第一杆的顶端，沿着径向方向均匀安装多个防反转销2，防反转销相对第一杆可转动；在复位弹簧与第一杆底端之间的第二杆上沿着径向方向均匀安装多个限位销6，限位销相对第二杆可转动；在螺旋钻杆靠近公接头的杆壁上沿着径向方向均匀开设多个防反转销孔，防反转销孔的个数与防反转销个数匹配；在第一杆的杆壁上沿着径向方向均匀开设多个限位销槽13，限位销槽的个数与限位销个数匹配，且设定限位销槽与防反转销孔在轴向方向的距离为，防反转销与限位销在轴向方向的距离为，则。
14.在本技术中，要满足防反转销相对第一杆的转动，以实现防反转销在防反转销孔内的伸缩，实施例中采用的是图8所示的旋转杆件结构，所述旋转杆件呈工字型结构，且其中一个横向部分长度小于另一个横向部分长度；较长的横向部分嵌入第一杆内，且相对第一杆可旋转，较短的横向部分嵌入防反转销内，且相对防反转销可旋转。
15.同样的，要满足限位销相对第二杆的转动，以实现限位销在限位销槽内的伸缩，实施例中同样的采用的是图8所示的旋转杆件结构，这里所述旋转杆件呈工字型结构，且其中一个横向部分长度小于另一个横向部分长度；较长的横向部分嵌入第二杆内，且相对第二杆可旋转，较短的横向部分嵌入限位销内，且相对限位销可旋转。
16.作为优选的实施例，图2、图5以及图6均可以看出，前述的防反转销设置四个，沿着第一杆圆周均匀分布；前述的限位销设置四个，沿着第二杆圆周均匀分布。
17.图6-图7所示，所述旋转驱动部分包括解卡轮9，所述第二杆杆壁为螺纹状结构，第二杆的顶端与第一杆的底端固定，第二杆靠近底端的位置套设解卡轮，解卡轮与第二杆的螺纹状结构匹配连接；在螺旋钻杆设置母接头的一端套设防反转销槽14。
18.在实施例中，还需要注意一个部件，即为复位弹簧，其是作为复位操作时存在的，但是在实际操作时需要对其进行限位约束，因此在复位弹簧两端的第一杆上分别设置固定片4和第一限位片5，其中第一限位片靠近限位销。
19.接下来针对本技术提供的矿用正反转钻杆阐述关于其的防反转钻杆脱卸方法，有三种状态，分别是螺旋钻杆连接过程、螺旋钻杆斜杆过程以及复位过程，首先当螺旋钻杆在连接过程中时，螺旋钻杆的公接头旋入相邻螺旋钻杆的母接头内，旋转驱动部分驱动防反转装置的伸缩头向公接头方向轴向移动，图9的前面两步，第一步为防反转销的初始状态，过渡至第二步，具体的防反转销的旋转杆件旋转，防反转销通过旋转杆件相对第一杆发生角度变化，即在轴向移动方向，旋转杆件的垂直部分与第一杆之间的角度由锐角变为直角，从防反转销孔中伸出，将防反转装置与螺旋钻杆锁紧；此时，匹配的是图10所示的前两步，第一步为限位销的初始状态，过渡至第二步，
具体的限位销的旋转杆件同时旋转，限位销通过旋转杆件相对第二杆发生角度变化，即在轴向移动方向，旋转杆件的垂直部分与第二杆之间的角度由钝角变为直角，从限位销槽内伸出，将防反转装置与螺旋钻杆进行二次锁紧。
20.当螺旋钻杆进行卸杆操作时，转动解卡轮，带动防反转装置沿着轴向方向远离公接头，将公接头旋出相邻螺旋钻杆的母接头，匹配的是图9的第二步至第三步，防反转销的旋转杆件旋转，防反转销通过旋转杆件相对第一杆发生角度变化，即在轴向移动方向，旋转杆件的垂直部分与第一杆之间的角度由直角变为钝角，从防反转销孔中收缩；此时，匹配的是图10所示的第二步至第三步，限位销的旋转杆件同时旋转，限位销通过旋转杆件相对第二杆发生角度变化，即在轴向移动方向，旋转杆件的垂直部分与第二杆之间的角度由直角变为钝角，完成卸杆操作。
21.最后，螺旋钻杆复位时，反向转动解卡轮，在复位弹簧的力作用下，限位销保持在卸杆后的钝角位置，也就是说，整个复位的过程其实就是复位弹簧以及反转解卡轮实现限位销和防反转销回到初始状态的过程，这里复位状态就涉及到复位弹簧的长度问题，在第一限位片与限位销之间还设置第二限位片12，当公接头旋入相邻螺旋钻杆的母接头时，复位弹簧的尾部应该接触第二限位片，至于第二限位片与固定片之间的距离，只要旋入后复位弹簧能够和第二限位片接触即可，无需严格要求。
22.综上可知，本发明是一种可以自动自锁和解卡的正反转钻杆，以防止钻杆反转时掉钻，提高钻杆的连接强度，同时在实现正反转基础上，能够自动解卡，从而实现钻杆的自动装卸，提高钻机的自动化施工效率。
23.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
24.本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
25.本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
26.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。